植宇輝 莫先怡 鐘澤光

（廣西計(jì)量檢測(cè)研究院，廣西 南寧 530022）

液壓疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)力值重復(fù)性、示值誤差和長(zhǎng)期穩(wěn)定性觀測(cè)與思考

植宇輝 莫先怡 鐘澤光

（廣西計(jì)量檢測(cè)研究院，廣西 南寧 530022）

文章以500kN液壓方式疊加機(jī)作為驗(yàn)證機(jī)和研究平臺(tái)，根據(jù)其力值重復(fù)性、示值誤差和長(zhǎng)期穩(wěn)定性指標(biāo)優(yōu)于0.0086%（突破規(guī)程0.03級(jí)的極限，挑戰(zhàn)現(xiàn)有理論模式）的檢測(cè)數(shù)據(jù)，評(píng)估其不確定度，指出現(xiàn)檢定規(guī)程存在的問題，堅(jiān)持以0.01%精度為深入研究的切入點(diǎn)，尋找減小不確定度分量的方法，提出完善高精度疊加機(jī)計(jì)量傳遞鏈的部分改進(jìn)思路。

疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)；力值重復(fù)性；示值誤差；長(zhǎng)期穩(wěn)定性；觀測(cè);思考

疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)分為機(jī)械式和液壓式兩種，其中液壓式占的市場(chǎng)份額較大。疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)（以下簡(jiǎn)稱疊加機(jī)）準(zhǔn)確度的影響因素很多，例如疊加機(jī)各零部件材料性能和結(jié)構(gòu)因素、測(cè)力儀的準(zhǔn)確度、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、環(huán)境影響因素、量傳影響因素、反力架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、實(shí)際受力軸線與理論受力軸線的重合度等等。

1 疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)部分技術(shù)指標(biāo)概述

依據(jù)JJG734-2001《力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)》的規(guī)定，考核疊加機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)為力值重復(fù)性、示值誤差、靈敏限（又稱鑒別力）、負(fù)荷波動(dòng)性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性等。在此就力值重復(fù)性、示值誤差和長(zhǎng)期穩(wěn)定性的技術(shù)指標(biāo)做長(zhǎng)期跟蹤觀測(cè)。

（1）疊加機(jī)的力值重復(fù)性是指在疊加機(jī)中，在實(shí)際相同的測(cè)量條件下（如用同一方法，同一觀測(cè)者，用同一臺(tái)測(cè)力儀，在短時(shí)間間隔內(nèi)），對(duì)所產(chǎn)生的力值進(jìn)行連續(xù)多次測(cè)量時(shí)，其測(cè)量結(jié)果間的一致程度（要求所用測(cè)力儀的重復(fù)性應(yīng)優(yōu)于疊加機(jī)的力值重復(fù)性）。

（2）長(zhǎng)期穩(wěn)定性是指在相同條件下測(cè)力儀在一定時(shí)間內(nèi)，變形示值保持不變的程度。長(zhǎng)期穩(wěn)定性需要在正常工作和不被人為干擾或調(diào)整的情況下長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行觀察。

2 液壓疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的驗(yàn)證機(jī)實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期觀測(cè)情況

（1）廣西計(jì)量檢測(cè)研究院與浙江紹興肯特公司聯(lián)合研制一臺(tái)，奮斗目標(biāo)為示值誤差±0.015%，采用先進(jìn)的數(shù)字雙伺服油源控制系統(tǒng)和C3H3型參考測(cè)力傳感器。

該驗(yàn)證機(jī)每年由上級(jí)技術(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。以這個(gè)驗(yàn)證機(jī)為研究試驗(yàn)平臺(tái)，在正常使用前提下，得到一個(gè)連續(xù)約三年未加任何人為干擾和調(diào)整的考核過程，除了第一周期年（可以稱為老化周期年）長(zhǎng)期穩(wěn)定性為0.016%外，后兩個(gè)周期年的力值重復(fù)性、示值誤差、年穩(wěn)定度均優(yōu)于0.0086%（見表一和表二），超過JJG734-2001《力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)》規(guī)程0.03級(jí)的極限，也超過一年檢定周期的長(zhǎng)期穩(wěn)定度，是一個(gè)巨大進(jìn)步，表明其參考傳感器和數(shù)字控制儀表比較理想，是個(gè)較理想的研究平臺(tái)，可以做進(jìn)一步的精細(xì)研究。

（2）該驗(yàn)證機(jī)連續(xù)兩個(gè)周期年的力值重復(fù)性、示值誤差、年穩(wěn)定度均優(yōu)于0.0086%的事實(shí)，與傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)有較大反差，傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為由于各種因素影響，疊加機(jī)是不穩(wěn)定的，無法突破JJG734-2001《力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)》規(guī)定的0.03級(jí)，即便有突破也是短暫巧合，存在不少質(zhì)疑。

現(xiàn)代疊加機(jī)和高精度傳感器技術(shù)的客觀發(fā)展很迅猛，超乎人們的想象，傳統(tǒng)的一些理論模式受到挑戰(zhàn)，各種科研實(shí)踐活動(dòng)將不斷豐富和完善相關(guān)理論，因此即使0.01級(jí)的疊加機(jī)準(zhǔn)確度是偶然巧合，也存在一定的必然性。下一步要做的清楚。

（3）本疊加機(jī)驗(yàn)證機(jī)歷年上級(jí)技術(shù)機(jī)構(gòu)檢測(cè)數(shù)據(jù)的力值就是繼續(xù)通過更深入的研究分析，發(fā)現(xiàn)問題和采取措施，把必然性的內(nèi)在規(guī)律搞

重復(fù)性和示值誤差技術(shù)指標(biāo)見表1和表2。

表1 重復(fù)性

表2 示值誤差

3 疊加機(jī)不確定度影響因素及評(píng)估

疊加機(jī)的力值不確定度是指在疊加機(jī)中，由于各種可能的物理因素，結(jié)構(gòu)及安裝等因素影響，導(dǎo)致其產(chǎn)生的力值不能肯定的程度。

疊加機(jī)間接法不確定度主要影響因素是標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀的力值測(cè)量不確定度、長(zhǎng)期穩(wěn)定度和溫度影響。

根據(jù)相關(guān)的力值不確定度評(píng)定導(dǎo)則和檢定規(guī)程要求，一般液壓式疊加機(jī)力值不確定度影響因素有標(biāo)準(zhǔn)傳感器重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)傳感器旋轉(zhuǎn)效應(yīng)、數(shù)字儀表分辨力、標(biāo)準(zhǔn)傳感器零點(diǎn)恢復(fù)、標(biāo)準(zhǔn)傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性和標(biāo)準(zhǔn)傳感器的溫度影響。其合成不確定度如下：驗(yàn)證機(jī)擴(kuò)展不確定度

盡管影響因素多，疊加機(jī)擴(kuò)展不確定度仍然優(yōu)于0.0093%。因此上級(jí)技術(shù)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)數(shù)據(jù)是可靠的。

4 思考與分析

（1）在計(jì)量傳遞鏈中，疊加機(jī)的上級(jí)傳遞鏈?zhǔn)腔鶞?zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀，本級(jí)鏈環(huán)是疊加機(jī)本身，為了確保量傳可靠，它們各自應(yīng)該注意什么？有什么需要完善的？要堅(jiān)持以0.01級(jí)準(zhǔn)確度為深入研究的切入點(diǎn)，讓問題充分顯露出來，相應(yīng)對(duì)策容易制定。

（2）本疊加機(jī)驗(yàn)證機(jī)的狀態(tài)是不是最佳狀態(tài)？如果是，那么使用過程的變化會(huì)不會(huì)導(dǎo)致狀態(tài)變壞和示值超差，從而應(yīng)驗(yàn)疊加機(jī)不穩(wěn)定的判斷；如果不是，那么不好的狀態(tài)都能達(dá)到0.01%，最佳狀態(tài)更能證明0.01級(jí)不是難題。影響因素錯(cuò)綜復(fù)雜，要一一剖析，需要許多數(shù)據(jù)分析驗(yàn)證，工作量大，時(shí)間必然要長(zhǎng)。

（3）力值重復(fù)性的游移幅度在0.006%左右，驗(yàn)證機(jī)力值重復(fù)性最大接近0.01%，雖然符合JJG734-2001《力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)》的規(guī)定，還是顯得有些大，沒有給長(zhǎng)期穩(wěn)定度留出冗余度，對(duì)疊加機(jī)綜合準(zhǔn)確度的穩(wěn)定提高是一大障礙，需要找出原因減小這個(gè)指標(biāo)值。

（4）重復(fù)性普遍偏大在第1測(cè)點(diǎn)上，這與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀數(shù)字表的分度數(shù)有某些關(guān)聯(lián)，DK38數(shù)字表是六位，顯示位數(shù)不足，雖然DMP40數(shù)字表是7位，但檢測(cè)時(shí)卻被按6位設(shè)置，容易造成在第1檢測(cè)點(diǎn)的顯示位數(shù)不足，導(dǎo)致計(jì)算的重復(fù)性與實(shí)際的可能有較大偏差，影響對(duì)產(chǎn)生原因的正確分析。

（5）參照J(rèn)JG734-2001《力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)》檢定規(guī)程檢定0.01級(jí)力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的規(guī)定，要求上級(jí)技術(shù)機(jī)構(gòu)在來檢測(cè)驗(yàn)證機(jī)之前，先將其力值重復(fù)性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性符合0.005%的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀在基準(zhǔn)機(jī)上檢定，之后才能來檢定驗(yàn)證機(jī)，然后再將其標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀帶回基準(zhǔn)機(jī)上檢定，用前后兩次的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀綜合值的平均數(shù)來給驗(yàn)證機(jī)賦值，理論上是很嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，但這樣做成本很大，在距離和時(shí)間上也與現(xiàn)實(shí)情況有較大沖突，實(shí)際上都沒有做到，這對(duì)疊加機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定性的冗余度影響較大，是規(guī)程的缺陷之一，應(yīng)想辦法改進(jìn)。

（6）除參考傳感器的溫度影響和工作臺(tái)水平度是可調(diào)控的外，其他技術(shù)指標(biāo)參考傳感器天生帶來的，只能用高準(zhǔn)確度的儀器使它們充分表現(xiàn)出來，不能改變。需要在可控因素尋找減小不確定度分量的方法。

[1] 王三武,劉進(jìn).清掃機(jī)器人移動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2008,37,(5):105-107.

[2] 章小兵,宋愛國(guó).地面移動(dòng)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2005,(2):19-23.

[3] 張琪,羅福源,肖灑,等.基于超聲雷達(dá)的室內(nèi)清潔機(jī)器人自主行走控制方法研究[J].機(jī)械與電子,2013(10):51-55.

[4] 馮之敬.機(jī)械制造工程原理.北京：清華大學(xué)出版社,2008.

[5] 姚興田,馬永林,徐丹,等.基于單片機(jī)的樓道清潔機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2014,36(2):63-65,79.

[6] 岳龍旺,朱敬花.基于輪式移動(dòng)平臺(tái)的新型濕式清潔機(jī)器人系統(tǒng)[J].輕工機(jī)械,2013,31(6):66-68.

Observations and reflections of hydraulic force standard machine force repeatability, showing error and long-term stability

Taking 500kN hydraulic superimposed machine as demonstrator and research platform.Repeatability according to their ability, showing error and long-term stability indicators than 0.0086%(Breakthrough procedure .03 limit, to challenge existing theoretical models) test data to evaluate the uncertainty, referring to the problems appear verification procedures, adhere to the accuracy of 0.01% of the starting point for further research, looking to reduce the uncertainty of component method is proposed to improve part-precision metering machine overlay transport chain improvement ideas.

Force standard machine; force repeatability; indication error; long-term stability; observing;thinking

TH71

A

1008-1151(2015)01-0073-02

2014-12-15

植宇輝，廣西計(jì)量檢測(cè)研究院高級(jí)工程師。